CN101972555A - 微气泡传质塔板及阀体与塔盘的连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微气泡传质塔板及阀体与塔盘的连接方法；它主要由塔盘、微气泡传质阀体、阀孔组成；微气泡传质阀体完全覆盖塔盘上的阀孔，微气泡传质阀体横截面积≥阀孔面积；且若阀体上表面高于塔盘上表面，阀体上表面与塔盘上表面高度差≤阀体高度；若阀体上表面低于塔盘上表面，塔盘上表面与阀体上表面高度差≤塔盘的厚度。由于阀体与塔盘紧密贴合，故气相通过阀体上的孔隙向上传递，改微气泡结构能够提供较为均匀的微气泡气体分布，增加了气体与液层的接触面积，增大传质效率。由于微气泡方向是垂直向上，不会产生彼此的对喷，故而可以改善传统塔板为了防止漏液而不能提高开孔率的情况，同时可以增大操作弹性，提高塔盘生产能力。

Description

微气泡传质塔板及阀体与塔盘的连接方法

技术领域

本发明涉及一种用于炼油、石化、化学工业等领域中的塔板，精馏、吸收等操作中的一种气液接触进行传质传热的重要设备。

背景技术

板式塔是逐板接触式的气液传质设备。在塔体内装有若干层一定间距放置的水平塔板，根据塔板类型不同，塔板开有不同形式、不同尺寸的孔，或者安装有浮动的或固定的阀，每层塔板靠塔壁处设有降液管。操作时，液体靠重力作用由上层塔板经过降液管流至下层塔板，横向流过塔板，塔板上的出口堰会使板面上维持一定厚度的流动液层；气体从塔底靠压强差推动，逐板由下向上穿过塔板上的孔或阀以及板上液层而流向塔顶，气体通过每层板上液层时，形成气泡和液沫，泡沫层为两相接触提供足够大的相际接触面，有利于相间传质。

为了满足近代炼油和石油化学工业对塔设备的要求，塔设备应具有下列性能：气液两相能充分接触，以保证较高的分离效率；操作弹性大，以使塔器在负荷变动较大时仍能稳定操作；流体流动的阻力小，以减小压力降，降低能耗；气液处理量大；结构简单可靠，制造成本低；易于操作、调节及检修。但板式塔普遍存在效率较低、压力降较高等缺点。

进入90年代后，人们开始寻求传统板式塔的突破。例如，新型垂直筛板、V-V浮阀塔板、L1条型浮阀塔板、Nye塔板等。

对于固阀塔板，由于阀体本身多为冲压出的结构，其气相通道较大且固定，故而适应性和灵活性较差，容易产生漏液，操作负荷范围小。对于浮阀塔板来说，气体从阀体周围喷出，会在与液流流动方向相反的方向上产生返混，从而降低传质效率，而且由于阀体之间气体对喷现象因而阀体的排布不能很近，从而也限制了塔板的开孔率。筛孔型塔板本身可以提供垂直向上喷射的气体，但受到孔径大小的限制，若开孔较大，则不能产生均匀分布的小气泡，从而传质效率不高，而若开孔较小，气泡较为均匀，但同时塔盘的开孔面积会下降，也会降低传质能力和工作负荷。受到塔板本身强度的限制，筛孔开孔率不能太高。

发明内容

为了克服传统塔板气液接触效果较差、液面落差大、容易漏液、液体返混等缺点，本发明利用了具有产生微气泡材料结构的特殊性，制作了微气泡传质塔板。且本发明中的微气泡传质塔板具有较大的开孔率，能进一步提高板式塔的效率和生产能力。

本发明的技术方案如下：

一种微气泡传质塔板，它主要由塔盘、微气泡传质阀体、阀孔组成；其中，微气泡传质阀体完全覆盖塔盘上的阀孔，微气泡传质阀体横截面积≥阀孔面积；且若阀体上表面高于塔盘上表面，阀体上表面与塔盘上表面高度差≤阀体高度；若阀体上表面低于塔盘上表面，塔盘上表面与阀体上表面高度差≤塔盘的厚度。

所述的微气泡传质阀体的材质结构为束状、海绵状或不规则多孔结构，孔隙体积分数10％-90％，孔径0.1-10mm。

所述的微气泡传质阀体横截面形状为圆形、三角形、四边形、多边形或它们的组合。

所述的阀孔按照顺位或错位，单排或多排排列方式在塔盘上设置，周围设有用来固定微气泡传质阀体的螺纹孔、螺栓孔或粘结、焊接、镶嵌用结构。

本发明的微气泡传质塔板的阀体与塔盘的连接方法，阀体采用直接通过螺纹孔、螺栓孔、粘接、焊接或镶嵌结构与塔盘连接，或通过具有螺纹孔、螺栓孔或粘接、焊接、镶嵌结构的连接构件与塔盘连接。

所述的连接构件是与微气泡传质阀体的材质结构相同的原料。

所述的连接构件是与微气泡传质阀体的材质结构不同的原料，包括石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、树脂、金属、金属氧化物或他们之间组合的材料制得。

本发明具有如下优点，由于阀体与塔盘紧密贴合，故气相通过阀体上的孔隙向上传递，该微气泡结构能够提供较为均匀的微气泡气体分布，增加了气体与液层的接触面积，增大传质效率；该微气泡传质阀体结构决定其不容易产生漏液，特别能适用于液相负荷较大/气相负荷较小的情况；由于微气泡方向是垂直向上，不会产生彼此的对喷，故而可以改善传统塔板为了防止漏液而不能提高开孔率的情况，同时可以增大操作弹性，提高塔盘生产能力。另外，由于气相以微气泡的形式通过液层，可以减少其液体夹带量，从而能够降低塔板间距，降低精馏塔高度。

附图说明

图1是一种设置有降液管、受液盘、进口堰和出口堰的圆形塔盘俯视图

图2是一种设置有淋降孔的圆形塔盘俯视图

图3是一种设置有降液管、受液盘、进口堰和出口堰的方形塔盘俯视图

图4是阀体上表面高于塔盘上表面，其高度差＝阀体高度时阀体与塔盘相对位置示意图

图5是阀体上表面高于塔盘上表面，其高度差＜阀体高度时阀体与塔盘相对位置示意图

图6是阀体上表面等于塔盘上表面时阀体与塔盘相对位置示意图

图7是阀体上表面低于塔盘上表面，其高度差＜塔盘高度时阀体与塔盘相对位置示意图

图8是阀体上表面低于塔盘上表面，其高度差＝塔盘高度时阀体与塔盘相对位置示意图

图9是阀体长方形，连接构件与阀体材质相同原料时的一种阀体俯视图

图10是阀体圆形，采用粘接/焊接/镶嵌方式与塔盘紧密贴合连接的一种阀体俯视图

图11是阀体圆形，连接构件与阀体材质原料不同时的一种阀体俯视图

图12是阀体三角形，连接构件与阀体材质原料不同时的一种阀体俯视图

图13是阀体梯形，连接构件与阀体材质原料不同时的一种阀体俯视图

图14是阀体多边形，连接构件与阀体材质原料不同时的一种阀体俯视图

图15是阀体圆形、三角形、四边形、多边形组合形状，连接构件与阀体材质不同原料时的阀体俯视图

其中，1阀孔，2塔盘，3出口堰，4降液管，5受液盘，6进口堰，7阀体，8阀体与塔盘连接构件，9淋降孔。

具体实施方式

一种微气泡传质塔板，它主要由塔盘、微气泡传质阀体、阀孔组成；其中，微气泡传质阀体完全覆盖塔盘上的阀孔，微气泡传质阀体横截面积≥阀孔面积；且若阀体上表面高于塔盘上表面，阀体上表面与塔盘上表面高度差≤阀体高度；若阀体上表面低于塔盘上表面，塔盘上表面与阀体上表面高度差≤塔盘的厚度。微气泡传质阀体的材质结构为束状、海绵状或不规则多孔结构，孔隙体积分数10％-90％，孔径0.1-10mm。微气泡传质阀体横截面形状为圆形、三角形、四边形、多边形或它们的组合。阀孔按照顺位或错位，单排或多排排列方式在塔盘上设置，其周围设有用来固定微气泡传质阀体的螺纹孔、螺栓孔或粘结、焊接、镶嵌用结构。

本发明的微气泡传质塔板的阀体与塔盘的连接方法，阀体与塔盘采用直接通过螺纹孔、螺栓孔、粘接、焊接或镶嵌结构与塔盘连接，或通过具有螺纹孔、螺栓孔或粘接、焊接、镶嵌结构的连接构件与塔盘连接。连接构件是与微气泡传质阀体的材质结构相同的原料或与微气泡传质阀体的材质结构不同的原料，包括石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、树脂、金属、金属氧化物或他们之间组合的材料制得。

典型实例如下：

实施例1：

本微气泡传质塔板由塔盘2、设置在塔盘2上的微气泡传质阀体7、阀孔1、降受液结构(降液管4、受液盘5、进口堰6和出口堰3)组成，其中塔盘结构如图1所示，塔盘与阀体相对位置如图4所示，阀体结构如图9所示。其中，阀体需能完全覆盖阀孔，微气泡传质阀体横截面积≥阀孔面积，且阀体上表面高于塔盘上表面，其高度差＝阀体高度。采用陶瓷制成孔隙体积分数为90％，孔径为0.1mm的微气泡传质阀体，其结构为海绵状多孔结构，阀体7采用长方形，连接构件8与阀体材质结构相同的原料。采用螺纹或者螺孔结构，用螺钉或螺栓与阀孔1紧密贴合连接，阀孔采用错排。

塔板在工作时，液体从降液管落下，气体通过阀体产生较为均匀微气泡，从而增加了气液接触面积，加强传质。当气速很低时，靠阀上微气泡介质本身的微气泡作用，可以防止出现漏液，而当气速很高时，由于微气泡介质本身孔径分布可以避免出现气体对喷等现象，从而提高塔设备的操作弹性。通过乙醇-水物系测试，该微气泡传质塔板与普通筛板相比，效率提高33％，处理能力提高约19％。

实施例2：

本微气泡传质塔板由塔盘2、设置在塔盘2上的微气泡传质阀体7、阀孔1、淋降孔9组成，其中塔盘结构图2所示，塔盘与阀体相对位置如图5所示，阀体结构如图10所示。其中，阀体需能完全覆盖阀孔，微气泡传质阀体横截面积≥阀孔面积，且阀体上表面高于塔盘上表面，其高度差＜阀体高度。采用碳化硅制成孔隙体积分数为50-90％，孔径为0.1-5mm的微气泡传质阀体，其结构为不规则多孔结构。阀体7采用粘接/焊接/镶嵌方式与塔盘紧密贴合连接，阀孔采用错排。

塔板在工作时，液体从淋降孔落下，气体通过阀体产生较为均匀微气泡，从而增加了气液接触面积，加强传质。当气速很低时，靠阀上微气泡介质本身的微气泡作用，可以防止出现漏液，而当气速很高时，由于微气泡介质本身孔径分布可以避免出现气体对喷等现象，从而提高塔设备的操作弹性。通过乙醇-水物系测试，该微气泡传质塔板与普通筛板相比，效率提高15-33％，处理能力提高约12-19％。

实施例3：

本微气泡传质塔板由塔盘2、设置在塔盘2上的微气泡传质阀体7、阀孔1、淋降孔9组成，其中塔盘结构图2所示，塔盘与阀体相对位置如图6所示，阀体结构如图10所示。其中，阀体需能完全覆盖阀孔，微气泡传质阀体横截面积≥阀孔面积，且阀体上表面与塔盘上表面高度差＝0。采用树脂制成孔隙体积分数为50％，孔径为5mm的微气泡固阀，其结构为束状多孔结构，阀体7采用圆形，采用粘接/焊接/镶嵌方式与塔盘紧密贴合连接，阀孔采用错排。

塔板在工作时，液体从淋降孔落下，气体通过固阀上的微气泡介质孔隙喷出，由于微气泡介质固阀的孔径较小，从而增加了气液接触面积，加强传质。当气速很低时，靠阀上微气泡介质本身的微气泡作用，可以防止出现漏液，而当气速很高时，由于微气泡介质本身孔径分布可以避免出现气体对喷等现象，从而提高塔设备的操作弹性。通过乙醇-水物系测试，该微气泡传质塔板与普通筛板相比，效率提高约15％，处理能力提高约12％。

实施例4：

本微气泡传质塔板由塔盘2、设置在塔盘2上的微气泡传质阀体7、阀孔1、淋降孔9组成，其中塔盘结构图2所示，塔盘与阀体相对位置如图7所示，阀体结构如图10所示。其中，阀体需能完全覆盖阀孔，微气泡传质阀体横截面积≥阀孔面积，且阀体上表面低于塔盘上表面，塔盘上表面与阀体上表面高度差＜塔盘的厚度。分别采用石墨、塑料制成孔隙体积分数为10-50％，孔径为5-10mm的微气泡传质阀体，其结构海绵状多孔结构，阀体7采用圆形，采用焊接/粘接/镶嵌构件8与塔盘2上阀孔1紧密连接，阀孔采用错排。

塔板在工作时，液体从淋降孔落下，气体通过阀体产生较为均匀微气泡，从而增加了气液接触面积，加强传质。当气速很低时，靠阀上微气泡介质本身的微气泡作用，可以减少漏液，而当气速很高时，由于微气泡介质本身孔径分布可以避免出现气体对喷等现象，从而提高塔设备的操作弹性。通过乙醇-水物系测试，该微气泡传质塔板与普通筛板相比，效率提高约11-15％，处理能力提高约8-12％。

实施例5

本微气泡传质塔板由塔盘2、设置在塔盘2上的微气泡传质阀体7、阀孔1、降受液结构(降液管4、受液盘5、进口堰6和出口堰3)组成，其中塔盘结构图3所示，塔盘与阀体相对位置如图8所示。其中，阀体需能完全覆盖阀孔，微气泡传质阀体横截面积≥阀孔面积，且阀体上表面低于塔盘上表面，塔盘上表面与阀体上表面高度差＝塔盘的厚度。微气泡固阀孔隙体积分数为10％，孔径为10mm，其结构海绵状多孔结构，。阀体可采用阀体采用金属材料，形状为圆形，具有与塔盘连接用的焊接/粘接/镶嵌构件8，连接构件与阀体的材质结构不同的原料，可以为石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、树脂或他们之间组合的材料制得，如图11所示；阀体也可以采用金属氧化物制得，形状为三角形，具有与塔盘连接用的焊接/粘接/镶嵌构件8，连接构件与阀体的材质结构不同的原料，可以为石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、树脂或他们之间组合的材料制得，如图12所示；阀体也可以采用金属制得，形状为梯形，具有与塔盘连接用的焊接/粘接/镶嵌构件8，连接构件与阀体的材质结构不同的原料，可以为石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、树脂或他们之间组合的材料制得，如图13所示；阀体也可以采用金属氧化物制得，形状为多边形，具有与塔盘连接用的焊接/粘接/镶嵌构件8，连接构件与阀体的材质结构不同的原料，可以为石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、树脂或他们之间组合的材料制得，如图14所示；阀体也可以采用金属氧化物制得，采用一种圆形、三角形、四边形、多边形之间的组合形状，具有与塔盘连接用的焊接/粘接/镶嵌构件8，连接构件与阀体的材质结构不同的原料，可以为石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、树脂或他们之间组合的材料制得，如图15所示。采用焊接/粘接/镶嵌构件8与塔盘2上阀孔1紧密连接。阀孔采用并排。

塔板在工作时，液体从降液管落下，气体通过固阀上的微气泡介质孔隙喷出，由于微气泡介质固阀的孔径较小，从而增加了气液接触面积，加强传质。当气速很低时，靠阀上微气泡介质本身的微气泡作用，可以防止出现漏液，而当气速很高时，由于微气泡介质本身孔径分布可以避免出现气体对喷等现象，从而提高塔设备的操作弹性。通过乙醇-水物系测试，该微气泡传质塔板与普通筛板相比，效率提高11％，处理能力提高约8％。

本发明提出的微气泡传质塔板及阀体与塔盘的连接方法，已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的结构和连接方法进行改动或适当变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。

Claims (7)

1.一种微气泡传质塔板，它主要由塔盘、微气泡传质阀体、阀孔组成；其特征是，微气泡传质阀体完全覆盖塔板上的阀孔，微气泡传质阀体横截面积≥阀孔面积；且若阀体上表面高于塔盘上表面，阀体上表面与塔盘上表面高度差≤阀体高度；若阀体上表面低于塔盘上表面，塔盘上表面与阀体上表面高度差≤塔盘的厚度。

2.如权利要求1所述的微气泡传质塔板，其特征是所述的微气泡传质阀体的材质结构为束状、海绵状或不规则多孔结构，孔隙体积分数10％-90％，孔径0.1-10mm。

3.如权利要求1所述的微气泡传质塔板，其特征是所述的微气泡传质阀体横截面形状为圆形、三角形、四边形、多边形或它们的组合。

4.如权利要求1所述的微气泡传质塔板，其特征是所述的阀孔按照顺位或错位，单排或多排排列方式在塔盘上设置，且其周围设有用来固定微气泡传质阀体的螺纹孔、螺栓孔或粘结、焊接、镶嵌用结构。

5.微气泡传质塔板的阀体与塔盘的连接方法，其特征是阀体采用直接通过螺纹孔、螺栓孔、粘接、焊接或镶嵌结构与塔盘连接，或通过具有螺纹孔、螺栓孔或粘接、焊接、镶嵌结构的连接构件与塔盘连接。

6.如权利要求5所述的连接方法，其特征是所述的连接构件是与微气泡传质阀体的材质结构相同的原料。

7.如权利要求5所述的连接方法，其特征是所述的连接构件是与微气泡传质阀体的材质结构不同的原料，包括石墨、塑料、碳化硅、陶瓷、树脂、金属、金属氧化物或他们之间组合的材料制得。

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